TY - BOOK

T1 - Adaption biotechnologischer Prozesse für die interaktive Umsetzung in digital unterstützter Laborumgebung, Entwicklung und Evaluation

AU - Porr, Marc Julian

N1 - Dissertation

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der digitalen Transformation des biotechnologischen Labors. Ziel der Bemühungen ist, einen Mehrwert sowohl in der Qualität der erzeugten Ergebnisse, als auch in den Arbeitsabläufen für den Wissenschaftler oder Laboranten zu schaffen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Interaktion des digitalisierten Laborsystems mit dem Benutzer. Es wird beschrieben, welche Maßnahmen notwendig sind, um ein solches Laborsystem aufbauen und betreiben zu können. Neben den Hardware-Voraussetzungen für den Betrieb wird insbesondere auf die standardisierte Anbindung von Laborgeräten eingegangen. Da momentan noch kein allgemeiner Kommunikationsstandard in diesem Bereich existiert, werden Mittel und Wege aufgezeigt, wie eine umfassende Integration trotzdem möglich ist. Dazu wurde u. a. ein Hardware-Modul zur Anbindung von Alt- oder Bestandsgeräten entwickelt und evaluiert. Um die Interaktion des Menschen mit dem Laborsystem so unkompliziert wie möglich zu gestalten, werden verschiedene Formen der Nutzerinteraktion (Sprachsteuerung, Head-Mounted-Displays, etc.) untersucht und vorgestellt. Das gesamte System ist so ausgelegt, dass die Steuerung von zentraler Stelle aus möglich ist und alle Daten in einem Laborserver zusammenfließen. Diese Architektur schafft die Voraussetzungen für eine generische und unkomplizierte Anbindung verschiedenster Nutzerinteraktionsgeräte. Im Rahmen der Arbeiten wurde weiterhin ein Prozessleitsystem entwickelt, dass die Formulierung und Durchführung von Arbeitsabläufen im digitalisierten Labor einfach und intuitiv ermöglicht. Dabei sollen Implementierungsdetails und konkrete Probleme der Geräteanbindung abstrahiert werden und die Abläufe möglichst unabhängig von den konkreten Modellen der Geräte werden, die zu ihrer Durchführung notwendig sind. Durch die zentrale Geräteanbindung und Datenverarbeitung werden Möglichkeiten für Abläufe geschaffen, die die FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable)-Richtlinien zum Umgang mit wissenschaftlichen Daten einhalten. Das digitalisierte Labor wurde für die Durchführung von Beispielabläufen und Nutzerinteraktionsstudien verwendet und steht voll funktional zur Verfügung. Die Software und Systemarchitekturen wurden in verschiedenen wissenschaftlichen Veröffentlichungen dokumentiert und viele Komponenten sind unter offenen Lizenzen verfügbar.

AB - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der digitalen Transformation des biotechnologischen Labors. Ziel der Bemühungen ist, einen Mehrwert sowohl in der Qualität der erzeugten Ergebnisse, als auch in den Arbeitsabläufen für den Wissenschaftler oder Laboranten zu schaffen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Interaktion des digitalisierten Laborsystems mit dem Benutzer. Es wird beschrieben, welche Maßnahmen notwendig sind, um ein solches Laborsystem aufbauen und betreiben zu können. Neben den Hardware-Voraussetzungen für den Betrieb wird insbesondere auf die standardisierte Anbindung von Laborgeräten eingegangen. Da momentan noch kein allgemeiner Kommunikationsstandard in diesem Bereich existiert, werden Mittel und Wege aufgezeigt, wie eine umfassende Integration trotzdem möglich ist. Dazu wurde u. a. ein Hardware-Modul zur Anbindung von Alt- oder Bestandsgeräten entwickelt und evaluiert. Um die Interaktion des Menschen mit dem Laborsystem so unkompliziert wie möglich zu gestalten, werden verschiedene Formen der Nutzerinteraktion (Sprachsteuerung, Head-Mounted-Displays, etc.) untersucht und vorgestellt. Das gesamte System ist so ausgelegt, dass die Steuerung von zentraler Stelle aus möglich ist und alle Daten in einem Laborserver zusammenfließen. Diese Architektur schafft die Voraussetzungen für eine generische und unkomplizierte Anbindung verschiedenster Nutzerinteraktionsgeräte. Im Rahmen der Arbeiten wurde weiterhin ein Prozessleitsystem entwickelt, dass die Formulierung und Durchführung von Arbeitsabläufen im digitalisierten Labor einfach und intuitiv ermöglicht. Dabei sollen Implementierungsdetails und konkrete Probleme der Geräteanbindung abstrahiert werden und die Abläufe möglichst unabhängig von den konkreten Modellen der Geräte werden, die zu ihrer Durchführung notwendig sind. Durch die zentrale Geräteanbindung und Datenverarbeitung werden Möglichkeiten für Abläufe geschaffen, die die FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable)-Richtlinien zum Umgang mit wissenschaftlichen Daten einhalten. Das digitalisierte Labor wurde für die Durchführung von Beispielabläufen und Nutzerinteraktionsstudien verwendet und steht voll funktional zur Verfügung. Die Software und Systemarchitekturen wurden in verschiedenen wissenschaftlichen Veröffentlichungen dokumentiert und viele Komponenten sind unter offenen Lizenzen verfügbar.

U2 - 10.15488/10870

DO - 10.15488/10870

M3 - Dissertation

CY - Hannover

ER -